특정대기유해물질인 아세트알데하이드는 생활 주변의 다양한 배출원에서 발생하여 환경문제를 야기한다. 아세트알데하이드를 산화시키기 위해서는 800℃ 이상의 높은 열에너지가 필요하며, 촉매를 적용해도 300℃의 온도 범위에서 산화된다. 또한 아세트알데하이드는 배출원의 특성상 많은 양의 수분을 함유하고 있으므로 제어 기술의 성능이 저조하다. 따라서 최근에는 산화제와 금속산화물 촉매를 함께 사용하는 기술이 연구되고 있으며, 특히 망간 촉매와 오존으로 아세트알데하이드를 상온에서 완전히 산화시키는 시스템이 주목받고 있다. 하지만 망간 촉매의 이론적인 오존산화 메커니즘은 건조한 조건을 가정하고 있으며, 이와 관련된 연구들도 상대습도의 영향을 확인한 연구는 미흡하다. 특히 아세트알데하이드의 배출 시설은 고습도 조건이 많으므로 물 분자의 경쟁 반응이 오존산화 효율에 미치는 영향을 중점적으로 확인할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 망간 촉매에 의한 아세트알데하이드 상온 오존산화 효율을 평가하였으며, 특히 촉매의 표면 특성과 오존 유입 농도, 상대습도의 영향을 확인하였다. 이를 통해 망간 촉매의 표면 특성과 오존 활성도의 관계를 파악하고 상대습도에 영향을 적게 받을 수 있는 망간 촉매의 표면 특성을 평가하고자 하였다. 그리고 비활성화되는 촉매를 재생하는 과정에서 물 분자의 경쟁 반응을 활용할 수 있을지에 관한 평가를 진행하였다.
압력손실에 유리한 허니컴 형태의 세라믹 지지체를 선정하여 강산으로 표면을 전처리하였으며, 비표면적을 높여 망간산화물을 넓게 분산시키고자 하였다. 그 결과 지지체의 표면에 메조 기공이 형성되면서 망간산화물의 분산도가 증가하였으며, 망간 촉매의 비표면적과 기공 부피가 큰 폭으로 증가하였다. 또한 강산 전처리로 불안정해진 세라믹 지지체는 망간 촉매의 표면에 산소 공석을 만들어 주었으며, 그 결과 망간 촉매의 수소 환원 특성이 바뀌어 수소 환원량과 수분 흡착량이 증가하였다.
강산으로 세라믹 지지체의 표면을 전처리하여 비표면적과 산소 공석이 많아진 망간 촉매일수록 오존 활성도가 증가하였으며, 그 결과 아세트알데하이드 제거율과 CO2 선택성이 증가했다. 상대습도가 증가하면 망간 촉매 표면에서 아세트알데하이드와 오존이 물 분자와 경쟁 반응을 일으키면서 전반적으로 효율이 감소했다. 하지만 이러한 조건에서도 비표면적과 산소 공석의 비율이 증가한 촉매일수록 높은 오존 활성도를 유지하였으며, 물 분자의 경쟁 반응에 의한 아세트알데하이드 제거율의 변동 폭이 작았다. 특히 비표면적과 산소 공석의 비율이 증가한 망간 촉매일수록 습윤한 조건에서도 부산물이 많이 산화되었으며, 그로 인해 부산물의 연쇄반응을 방지할 수 있었다.
실험에 사용된 촉매를 오존으로 재생하였으며, 그때 배출되는 부산물의 배출량 변화를 관찰하였다. 물 분자의 경쟁 반응은 망간 촉매 표면에 쌓여있던 부산물을 탈착시켰으며, 그로 인해 재생 과정에서 CO2로 산화되는 탄소화합물이 감소하였다. 따라서 오존으로 재생하는 경우 표면의 탄소화합물을 CO2로 완전히 산화시키기 위해서는 건조한 조건을 유지하는 것이 중요하다.
본 연구를 통해 강산 전처리는 압력에 유리한 허니컴 형태의 세라믹 지지체에 망간산화물이 분산도 높게 담지되도록 도와주었으며, 그 결과 망간 촉매의 활성도가 큰 폭으로 증가했다. 이때 비표면적과 산소 공석의 비율이 증가한 망간 촉매는 오존 활성도가 증가하였으며, 물 분자의 경쟁 반응에 의한 아세트알데하이드 제거율 감소 현상을 막아주었다. 그러므로 강산 전처리한 허니컴 형태의 세라믹 지지체에 망간산화물을 담지한 촉매는 상대습도와 아세트알데하이드의 유입 부하가 심하고 압력손실이 고려되는 현장에 적용하는 경우 유리할 것이다. 그리고 비활성화된 촉매를 재생하는 과정에서 건조한 조건을 유지하는 것이 탄소화합물을 CO2로 완전히 산화시키는데 유리한 것을 확인하였다. 향후 알데하이드 계열의 물질을 이용한 추가적인 연구가 진행된다면 망간 촉매의 현장 적용 가능성을 높일 수 있을 것이며, 비활성화 촉매를 효율적으로 재생시킬 수 있을 것으로 판단된다.